La maggior parte degli esopianeti non riceverà abbastanza radiazioni per supportare una biosfera simile alla Terra
Ad oggi, gli astronomi hanno confermato l'esistenza di 4.422 pianeti extrasolari in 3.280 sistemi stellari, con ulteriori 7.445 candidati in attesa di conferma. Di questi, solo una piccola frazione (165) è stata di natura terrestre (ovvero rocciosa) e di dimensioni paragonabili alla Terra, cioè non 'Super-Terre'. E ancora meno sono stati trovati orbitanti all'interno della zona abitabile circumsolare (HZ) della loro stella madre.
Nei prossimi anni, è probabile che questo cambi quando gli strumenti di prossima generazione (come James Webb) saranno in grado di osservare pianeti più piccoli che orbitano più vicino alle loro stelle (che è dove è più probabile che risiedano pianeti simili alla Terra). Tuttavia, secondo a nuovo studio dai ricercatori del University of Napoli e il Istituto Nazionale di Astrofisica Italian (INAF), le biosfere simili alla Terra possono essere molto rare per gli esopianeti.
Lo studio, intitolato “ Efficienza della fotosintesi ossigenata su pianeti simili alla Terra nella zona abitabile ”, è stato recentemente pubblicato nelAvvisi mensili della Royal Astronomical Society. Guidato dall'astrofisica Prof. Giovanni Covone dell'Università di Napoli, il team si è concentrato sul fatto che gli esopianeti scoperti finora ne abbiano abbastanza o meno Radiazioni fotosinteticamente attive (PAR) per consentire lo sviluppo di biosfere complesse.
L'impressione di questo artista mostra il pianeta in orbita attorno alla stella simile al Sole HD 85512 nella costellazione meridionale della Vela (La Vela). Credito: ESO/M. Kornmesser
Questo lavoro si basa su ciò che siamo venuti a sapere sull'evoluzione della biosfera terrestre, che è cambiata drasticamente nel tempo. Da ciò che gli scienziati sono stati in grado di mettere insieme dalla documentazione geologica, dagli studi climatologici e dai resti fossili, si teorizza che le prime forme di vita siano emerse sulla Terra circa 4 miliardi di anni fa, appena 500 milioni di anni dopo che il pianeta si è formato dal disco protoplanetario che circondato il nostro sole.
Poco dopo, sono emersi microbi unicellulari che si affidavano alla fotosintesi per generare nutrienti e ossigeno molecolare (O2) dalla luce solare e dall'anidride carbonica, che all'epoca costituiva una parte significativa dell'atmosfera terrestre. Con l'era paleoproterozoica (da 2,4 a 2,0 miliardi di anni fa), ciò portò alla ' Grande evento di ossigenazione ', dove l'ossigeno molecolare ha iniziato ad accumularsi lentamente nell'atmosfera terrestre e ha permesso l'emergere di forme di vita più complesse.
Nello specifico, gli organismi fotosintetici si affidavano alla radiazione solare che varia da 400 a 700 nanometri nello spettro elettromagnetico per effettuare la 'fotosintesi ossigenata' - che corrisponde grosso modo alla gamma di luce che l'occhio umano può percepire - alias. luce visibile. Questo è motivo di notevole preoccupazione per gli astrobiologi poiché le stelle simili al Sole (nane gialle di tipo G) sono rare, con una stima di 4,1 miliardi nella galassia della Via Lattea (tra l'1% e il 4%).
Sono le nane rosse di tipo M della sequenza principale che costituiscono la maggior parte delle stelle nel nostro Universo, rappresentando circa il 75% solo nella nostra galassia. Rispetto alle stelle simili al Sole, le nane rosse sono più fredde e meno luminose e sono note per la loro elevata attività di brillamento e per la produzione di una quantità significativa di radiazioni nella banda ultravioletta. Inoltre, in base all'attuale censimento degli esopianeti rocciosi, le nane rosse sono considerate il luogo più probabile per trovare pianeti simili alla Terra.
Rappresentazione artistica del pianeta potenzialmente abitabile Kepler 422-b (a sinistra), confrontato con la Terra (a destra). Credito: Ph03nix1986/Wikimedia Commons
Per il bene del loro studio, Covone e i suoi colleghi hanno esaminato quanta energia ricevono gli esopianeti terrestri conosciuti e se sarebbe sufficiente per produrre nutrienti e ossigeno molecolare. Come ha riassunto il Prof. Covone in una Royal Astronomical Society comunicato stampa :
“Dal momento che le nane rosse sono di gran lunga il tipo di stella più comune nella nostra galassia, questo risultato indica che le condizioni simili alla Terra su altri pianeti potrebbero essere molto meno comuni di quanto potremmo sperare. Questo studio pone forti vincoli al parametro spazio per la vita complessa, quindi sfortunatamente sembra che il 'punto debole' per ospitare una ricca biosfera simile alla Terra non sia così ampio'.
Hanno scoperto che di tutti gli esopianeti rocciosi conosciuti, solo uno si avvicina a ricevere la quantità di PAR di cui avrebbe bisogno per sostenere una grande biosfera. Questo era Keplero-442b , un pianeta roccioso circa due volte più massiccio della Terra (alias una Super-Terra) che orbita all'interno dell'HZ di una nana arancione di tipo K situata a circa 1.206 anni luce di distanza. Hanno inoltre scoperto che le stelle con la metà della temperatura superficiale del nostro Sole - 5.778 K (5500 ° C; 9940 ° F) - o meno non possono sostenere biosfere simili alla Terra.
Questo vale per molte stelle nane arancioni di tipo K, che hanno temperature superficiali da 3.900 a 5.200 K (da 3625 a 4925 °C; da 6560 a 8900 °F). Mentre i pianeti che li orbitano potrebbero ancora svolgere la fotosintesi ossigenata, non sarebbero in grado di sostenere ricche biosfere. Nel frattempo, tutte le nane rosse di tipo M - che vanno da 2.000 a 3.900 K (da 1725 a 4925 ° C; da 3140 a 8900 ° F) - non riceverebbero energia sufficiente nemmeno per attivare la fotosintesi.
Il James Webb Telescope della NASA, mostrato nella concezione di questo artista, fornirà ulteriori informazioni sugli esopianeti rilevati in precedenza. Oltre il 2020, si prevede che molti altri telescopi spaziali di prossima generazione si baseranno su ciò che scopre. Credito: NASA
Nel frattempo, le stelle che cadono nella gamma spettrale O, B, A o F (che sono generalmente blu o bianche) hanno temperature superficiali che vanno da oltre 30.000 K (29.725 ° C; 53.540 ° F) a un minimo di 5.200 K (4925 ° C). C; 8.900 °F). Mentre i pianeti in orbita all'interno degli HZ di queste stelle potrebbero dare origine a organismi fotosintetici, non sarebbero in grado di sostenere le biosfere abbastanza a lungo da consentire l'evoluzione della vita complessa.
Questi risultati ricordano precedenti ricerche condotte da Manasvi Lingam e Abraham Loeb , ricercatore post-dottorato e Frank B. Baird Jr. Professor of Science presso l'Università di Harvard (rispettivamente). In uno studio del 2019, intitolato “ Fotosintesi su pianeti abitabili attorno a stelle di piccola massa ', hanno dimostrato come i pianeti che orbitano attorno alle stelle nane rosse potrebbero non ricevere abbastanza fotoni per supportare la fotosintesi.
Nel novembre del 2021, il Telescopio spaziale James Webb (JWST) verrà lanciato nello spazio, dove utilizzerà la sua avanzata capacità di imaging a infrarossi per rilevare pianeti più piccoli che orbitano più vicino alle loro stelle, in particolare le nane rosse. Entro il 2024, sarà seguito dal Telescopio spaziale romano Nancy Grace (RST), che utilizzerà le sue sofisticate ottiche e l'ampio campo visivo (100 volte quello di Hubble) per rilevare più esopianeti che mai.
Questi e altri sofisticati osservatori aumenteranno in modo esponenziale il numero di esopianeti confermati, gettando nuova luce su ciò che occorre affinché un pianeta sia abitabile (per la vita come la conosciamo, in ogni caso). Con un po' di fortuna, scopriremo ambienti planetari in grado di supportare la vita come non la conosciamo , ampliando così la portata dei nostri sforzi di ricerca.
Ulteriori letture: Società Astronomica Reale , MNRAS